《基于降壓Buck電路和升壓Boost電路的可調(diào)升降壓的DC-DC變換電路設(shè)計(jì)》11000字（論文）

基于降壓Buck電路和升壓Boost電路的可調(diào)升降壓的DC-DC變換電路設(shè)計(jì)摘要近年來，直流升降壓變換器廣泛應(yīng)用于便攜設(shè)備、通信電源、航天器電源系統(tǒng)、燃料電池汽車和光伏發(fā)電等多領(lǐng)域[1]。相比于直流升壓變換器和降壓變換器，直流升降壓變換器能夠更好的適應(yīng)輸入、輸出電壓范圍，實(shí)現(xiàn)全運(yùn)行高效率變換直流電壓。如今電子技術(shù)在不斷的進(jìn)步，升降壓電子芯片逐漸趨于成熟，搭配可調(diào)電位器組成的DC/DC開關(guān)直流穩(wěn)壓電源使用越來越廣泛。隨著科技的不斷進(jìn)步，在開關(guān)電源技術(shù)方面也積累了許多珍貴的經(jīng)驗(yàn)?？烧{(diào)升降壓DC/DC電路如今在生活中也已經(jīng)有了大量的應(yīng)用，如在電動(dòng)汽車、太陽(yáng)能電池陣、不間斷電源和分布式電站等眾多領(lǐng)域。而作為一種新型的變換器，DC/DC變換器勢(shì)必會(huì)在開關(guān)電源領(lǐng)域上，占據(jù)越來越重要的地位[2]，這點(diǎn)毋庸置疑。由于在使用雙向DC/DC變換器，會(huì)顯著減輕系統(tǒng)的體積重量及造價(jià)成本，所以對(duì)于它的研究具有很大的價(jià)值。筆者考慮到論文題目的多方面需求，所以在本次設(shè)計(jì)中，選擇了降壓Buck電路和升壓Boost電路，并用使用反饋電路和運(yùn)放電路的方法來滿足電壓可調(diào)等要求。通過一系列的實(shí)驗(yàn)和調(diào)試，確定在基本上可以滿足該試題對(duì)于電壓的大部分要求[3]。本次主要設(shè)計(jì)的是可以調(diào)節(jié)的升降壓電路設(shè)計(jì)，使得輸入電壓7.2V-8.6V，輸出電壓為5V-24V，并且輸出電流小于1A。論文中對(duì)硬件的使用、軟件方面的設(shè)計(jì)都進(jìn)行了相應(yīng)的介紹。關(guān)鍵詞：升降壓電路；電路設(shè)計(jì)；變換器；單片機(jī)系統(tǒng)目錄TOC\o"1-2"\h\u第一章緒論 第一章緒論1.1研究背景以及意義最近幾年來，DC降壓-升壓轉(zhuǎn)換器已廣泛應(yīng)用于便攜式設(shè)備、通信電源、航天器的電源系統(tǒng)以及燃料電池式的汽車和光伏發(fā)電等多個(gè)領(lǐng)域中[4]。與直流升壓變換器或降壓變換器相比，直流升降壓變換器可以更好的適應(yīng)輸入/輸出電壓范圍，并實(shí)現(xiàn)直流電壓的全面運(yùn)行和高效轉(zhuǎn)換。隨著在電子技術(shù)方面的科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，升降壓電子芯片的設(shè)計(jì)、功能等逐漸趨于成熟，搭配可調(diào)電位器組成的DC/DC開關(guān)直流穩(wěn)壓電源使用越來越廣泛。1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀DC/DC升降壓芯片，這是一種降壓、升壓工作模式的開關(guān)穩(wěn)壓芯片，它的輸入電壓可以低于輸出電壓，也可以高于輸出電壓，并且可以實(shí)現(xiàn)在兩種工作狀態(tài)之間的無縫變換，因此特別的適用于汽車電子系統(tǒng)[5]。在DC/DC升降壓芯片的選型中，應(yīng)充分考慮選題要求的電壓輸入范圍、電壓輸出范圍和電路輸出范圍。美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司(NS)推出的LM系列升降壓開關(guān)控制芯片，構(gòu)建一個(gè)降壓-升壓型開關(guān)穩(wěn)壓器拓?fù)洌枰獢?shù)量非常少的外部組件。LM系列升降壓開關(guān)控制芯片輸入電壓范圍達(dá)3-75V，開關(guān)頻率可在50KHz到500KHz范圍內(nèi)編程。該系列芯片包括一個(gè)高端降壓MOSFET和一個(gè)低端升壓MOSFET驅(qū)動(dòng)器，它們可以提供2A的峰值電流[6]。1.3本課題的研究?jī)?nèi)容以及章節(jié)安排本文研究的主要內(nèi)容是可調(diào)升降壓的DC電路的設(shè)計(jì)。主控制器是基于MS51fb9ae的單片機(jī)，并設(shè)計(jì)相關(guān)功能模塊，具體有升降壓電路模塊、電源輸入輸出模塊、單片機(jī)模塊、LCD顯示電路、復(fù)位電路、電壓電流采集電路這幾個(gè)主要電路[7]。而對(duì)所需要的硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)所要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行相應(yīng)的仿真設(shè)計(jì)，即可以實(shí)現(xiàn)升降壓電路的變換功能。在設(shè)計(jì)前，需充分掌握各個(gè)模塊、芯片的引腳功能和原理，以便繪制出原理圖和PCB圖。在實(shí)物制作完成之后，則需開展實(shí)驗(yàn)工作，調(diào)試其功能，選擇應(yīng)用不同電壓等級(jí)的輸入電源和示波器，調(diào)制出不同的輸出電壓，查看電壓穩(wěn)定情況。第一章緒論。主要介紹課題的選題背景、實(shí)際研究意義以及可調(diào)升降壓的DC電路的應(yīng)用，并且分析了在相關(guān)領(lǐng)域中，國(guó)內(nèi)外不同的主要發(fā)展情況，最后再介紹一下本論文在章節(jié)上的安排。第二章系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)方案。本章主要研究可調(diào)升降壓的DC-DC電路的系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案，系統(tǒng)構(gòu)成主要包括:處理器選型以及各個(gè)模塊選型等幾部分，并對(duì)每種功能模塊進(jìn)行了詳細(xì)的方案設(shè)計(jì)介紹。第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。本章主要進(jìn)行基于單片機(jī)的可調(diào)升降壓的DCDC電路關(guān)鍵功能模塊的硬件電路設(shè)計(jì)。第四章軟件設(shè)計(jì)。根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能，進(jìn)行主程序以及相應(yīng)功能模塊程序的軟件編寫，并學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)，滿足其相應(yīng)功能的算法，并分別給出相對(duì)應(yīng)的流程圖和具體代碼。第五章系統(tǒng)調(diào)試。本章通過用示波器調(diào)試硬件結(jié)構(gòu)，判斷設(shè)計(jì)的電路通信是否成功，找出程序的問題，并加以解決。結(jié)論。綜合性的闡述了本論文的設(shè)計(jì)以及研究意義，整合提煉本論文所做的工作，并結(jié)合現(xiàn)在的發(fā)展，對(duì)本次研究的不足進(jìn)行說明，提出了本設(shè)計(jì)在之后繼續(xù)完善的思路。

第二章系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)方案2.1可調(diào)升降壓的DC-DC變換電路設(shè)計(jì)的主要設(shè)計(jì)任務(wù)、要求本次論文的目的是設(shè)計(jì)一個(gè)自可調(diào)升降壓的DC-DC變換電路，可以實(shí)現(xiàn)電壓電流的調(diào)節(jié)，此次的設(shè)計(jì)具有一定的實(shí)用性和綜合性。為了完成本文所需要的研究?jī)?nèi)容，主要的準(zhǔn)備工作如下:通過查閱知網(wǎng)、維普、百度文庫(kù)等網(wǎng)站，對(duì)本文的資料文獻(xiàn)進(jìn)行學(xué)習(xí)、參考，了解可調(diào)升降壓的DC-DC變換電路系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況，確定本次設(shè)計(jì)的思路，尋找最優(yōu)方案。在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)比不同的方案進(jìn)行軟件、硬件方面的分析，進(jìn)而確定本次的設(shè)計(jì)方案。尋找設(shè)計(jì)需要的相關(guān)軟件，安裝編程軟件Keil5，繪圖軟件AD等，學(xué)習(xí)相應(yīng)的操作，掌握基本的技巧，為下一步軟件、硬件設(shè)計(jì)做一個(gè)基礎(chǔ)。2.2總體設(shè)計(jì)要求本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要由DC-DC雙向變換器模塊、測(cè)控電路模塊及輔助電源模塊構(gòu)成，并分別論證這幾個(gè)模塊的選擇[8]。如圖2-1是本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框架圖

測(cè)控電路。圖2-1系統(tǒng)框架圖2.3可調(diào)升降壓的DC-DC變換電路部分電路的選型2.3.1DC-DC雙向變換器模塊的論證與選擇方案一:使用功率較大的線性穩(wěn)壓芯片來搭建穩(wěn)壓電路，以保持充電電壓恒定。如果出現(xiàn)輸入電壓高于充電電壓的情況時(shí)，則可以選擇通過降低輸入電壓的手段，來實(shí)現(xiàn)對(duì)電池組的充電。該電路是一個(gè)簡(jiǎn)單的外圍設(shè)備，并且他的電壓穩(wěn)定，充電時(shí)不需要用軟件控制，而且簡(jiǎn)單、方便，但它的問題是轉(zhuǎn)換效率很低。同時(shí)，它采用基于NE555的常規(guī)升壓電路，雖然設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，但依然有轉(zhuǎn)換效率較低、電池和電壓的利用率低、輸出功率低等諸多問題，更是不易于與穩(wěn)壓電路相結(jié)合，而這種電路是由大功率的穩(wěn)壓芯片所構(gòu)成的，以此組成DC-DC雙向變換器[9]。方案二:采用Buck-Boost電路，并且選擇合適的開關(guān)管、續(xù)流二極管。這種電能的轉(zhuǎn)換效果高，電路簡(jiǎn)單，功耗低，穩(wěn)壓的規(guī)模較寬，能較好的達(dá)到輸入降壓，輸出升壓。但是輸入和輸出的電流都有產(chǎn)生脈動(dòng)現(xiàn)象，這無疑會(huì)對(duì)輸入的電源產(chǎn)生一些電磁的擾亂，從而產(chǎn)生更大的輸出紋波[10]。所以在生活中實(shí)際應(yīng)用下，通常會(huì)選擇添加輸入、輸出濾波器的方法。綜上，方案一簡(jiǎn)單，便捷，但是會(huì)降低電源的功效；而方案二中的Buck電路則可以很好的實(shí)現(xiàn)所需電源對(duì)降壓的要求，并對(duì)電池組進(jìn)行充電，且會(huì)使充電率達(dá)到一個(gè)預(yù)期的效果，以滿足論題所需要求，綜上，本文設(shè)計(jì)決定采用方案二。2.3.2測(cè)控電路系統(tǒng)的論證與選擇方案一:選用的數(shù)控電路是基于51單片機(jī)的種類，雖然它的測(cè)控精度高，但是不能持續(xù)對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，且制造步驟繁復(fù)，工作量很大，并且成本高，難以維護(hù)。方案二:基于UC3843的測(cè)控電路，其擁有簡(jiǎn)單，效率高，可靠等優(yōu)點(diǎn)，但隨著負(fù)荷的不斷提高，輸出波形會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)。所以，綜合考慮下采用方案二。2.3.3中央處理器選型在設(shè)計(jì)中，中央處理器是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，系統(tǒng)功能的執(zhí)行需要CPU運(yùn)算速度足夠快，邏輯控制功能強(qiáng)大，本小節(jié)主要對(duì)CPU的選型進(jìn)行了介紹。方案一:STM32F系列處理器，在AR結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)，最高運(yùn)行頻率為2Hz，使用C語(yǔ)言，在使用中，結(jié)合公司提供的相關(guān)功能庫(kù)函數(shù)進(jìn)行編程方便實(shí)用，系統(tǒng)有豐富接口及定時(shí)器資源[11]。STM32F處理器實(shí)物圖如圖2-2所示。圖2-2STM32F處理器實(shí)物圖方案二:MS51fb9ae單片機(jī)功能與其他單片機(jī)相比更加齊全，結(jié)構(gòu)如復(fù)雜的AU、PIC、AVR等單片機(jī)相比體積小、性能強(qiáng)悍、易于操作，MS51fb9ae實(shí)物圖如圖2-3所示。圖2-3MS51fb9ae處理器實(shí)物圖STM32F本身能夠執(zhí)行數(shù)、模轉(zhuǎn)換，但是價(jià)格相比較昂貴，在經(jīng)費(fèi)計(jì)劃有限的情況下，需要重新考慮使用的性價(jià)比。MS51fb9ae單片機(jī)價(jià)格低，進(jìn)而考慮到后期編程的方便、正確，滿足對(duì)內(nèi)存容量的需求，并且價(jià)格便宜，有較強(qiáng)的實(shí)用性，本設(shè)計(jì)決定選用MS51fb9ae單片機(jī)作為系統(tǒng)的CPU。2.3.4顯示屏模塊的選擇在本次設(shè)計(jì)中，采用液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示轉(zhuǎn)彎的角度，從而獲得一個(gè)角度測(cè)量的功能。LED數(shù)碼管利用視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，不一樣的二極管連接情況導(dǎo)致數(shù)碼管的類別不同，以及相應(yīng)的硬件電路和軟件編程也有區(qū)別，在使用中，這樣就會(huì)提高設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，而且占用的接口數(shù)量多，電量消耗大。如圖2-4為L(zhǎng)ED數(shù)碼管實(shí)物圖。圖2-4LED數(shù)碼管實(shí)物圖基于滿足對(duì)顯示電壓電流的基本功能，本次設(shè)計(jì)選用的是LCD1602液晶顯示屏，該液晶的像素塊是16乘以02，即32個(gè)字符組成。由發(fā)光二極管組成需顯示字符，又因?yàn)槠涮匦约s束，顯示屏只能顯示字符型的信息，不可以顯示漢字和圖形。所以在與處理器連接時(shí)不占用很多的輸入、輸出口資源，且功耗低。相應(yīng)的，在軟件功能的設(shè)計(jì)方面也相對(duì)簡(jiǎn)單，有很多的開源代碼可以參考，可操作性很高。如圖2-5為L(zhǎng)CD1602液晶顯示屏實(shí)物圖。圖2-5LCD1602液晶顯示屏實(shí)物圖由于數(shù)碼管在使用中，設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，而且占用的接口數(shù)量多，電量消耗大。與之不同，LCD1602液晶顯示屏占用的輸入、輸出口資源少、功耗低，在軟件功能的設(shè)計(jì)上也比較簡(jiǎn)單，有開源代碼可以參考，可操作性很高。所以，經(jīng)過研究比較，決定液晶顯示屏采用LCD1602液晶顯示屏。2.4降壓電路、升壓電路和升降壓電路的概述及基本原理Buck變換器，也稱降壓式變換器，是一種單管非隔離式直流變換器，其特點(diǎn)是輸出電壓小于輸入電壓[12]。Buck變換器可通過降壓斬波電路來實(shí)現(xiàn)，工作的主要原理是利用IGBT或晶閘管為負(fù)載電感電路提供通道，并與續(xù)流二極管一起工作實(shí)現(xiàn)降壓。降壓電路主要應(yīng)用于高壓轉(zhuǎn)低壓的場(chǎng)合中，如車載充電頭、太陽(yáng)能充電控制器等[13]。Boost升壓電路的工作原理主要利用大容量的電感、電容，配合控制IGBT或晶閘管的通斷來實(shí)現(xiàn)電壓升高。Boost升壓電路主要應(yīng)用于直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)、單相功率因素校正電路等電源電路中[14]。Buck-Boost升降壓電路基本原理是在大電感、大電容和三極管電路中，設(shè)置占空比來實(shí)現(xiàn)直流電壓的升高或降低。Boost升壓電路主要應(yīng)用于輸出電壓范圍要求比較大的環(huán)境中，如航天電源、通信電源等。常用的DC/DC升降壓電路的解決方法有四種。第一種是Buck電路與Boost電路串級(jí)連接。但是，這種電路結(jié)構(gòu)最致命的問題就是低效，究其原因是它對(duì)電壓采取了兩種級(jí)別的處理方法。假設(shè)每階段的效率都有80%的話，總體的效率卻為70%，而且者兩個(gè)開關(guān)芯片的開關(guān)周期不同，彼此之間會(huì)產(chǎn)生較為明顯的開關(guān)噪聲，這會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)產(chǎn)生很大的干擾。第二種是如何選擇升降壓方法。即首先用該判斷輸入電壓，然后再確定輸出電壓的范圍，最后再判斷電壓是該上升還是該下降[15]。在電路輸入端和DC轉(zhuǎn)換模塊之間做開關(guān)，使用的是繼電器或者場(chǎng)管，用以選擇電路運(yùn)作的形式。這種電路易于明白、硬件設(shè)計(jì)方面相對(duì)的比較簡(jiǎn)單移動(dòng)，但問題難在該如何把握判斷和控制的最佳時(shí)機(jī)[16]。第三種是第一種方法的進(jìn)階版。Buck電路和Boost電路的組合，簡(jiǎn)化了電路并降低了對(duì)電路的消耗，使用PWM波開啟降壓場(chǎng)管，保持升壓場(chǎng)管關(guān)閉；需要增大電壓的時(shí)候，使用PWM波關(guān)閉降壓場(chǎng)管，保持升壓場(chǎng)管的開啟，使效率可以保持在90%以上。第四種是升降壓集成芯片。成熟的升降壓集成芯片使用簡(jiǎn)便，能夠保證輸出電壓的穩(wěn)定、不失真、變換效率高。結(jié)合各種升降壓方式的優(yōu)缺點(diǎn)，從電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便性、功率轉(zhuǎn)換效率、能耗、噪音等多角度的考慮，選取升降壓集成芯片的方式效果較好。2.5系統(tǒng)總體分析2.5.1Boost升壓電路分析Boost升壓電路是常見的一種開關(guān)直流升壓電路，屬于DC-DC電路的一種，通過開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷來控制電感的存儲(chǔ)和釋放，來使輸出電壓比輸入電壓高。一般現(xiàn)在的開關(guān)電源是由脈寬沖度調(diào)制(PWM)控制IC和MOSFET構(gòu)成。結(jié)合開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，組成完整開關(guān)電源。下圖2-6是Boost升壓電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主要由電感L1，開關(guān)管Q1和二極管D1組成。圖2-6Boost升壓電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Boost電路工作原理：充電過程：充電時(shí)，開關(guān)管導(dǎo)通，輸入電壓流過電感L1、Q1和電容C1,不斷充電，電感上電流線性增加，電感存儲(chǔ)一定能量；在這過程中，二極管D1反偏截止，電容C2給負(fù)載提供能量，維持負(fù)載工作；放電過程：開關(guān)管不導(dǎo)通時(shí)，Q1相當(dāng)于斷開，因?yàn)殡姼杏蟹聪螂妱?dòng)勢(shì)作用，電感電流會(huì)逐漸緩慢放電。因?yàn)樵瓉黼娀芈芬呀?jīng)斷開，電感只能通過D1、負(fù)載、C1回路放電，電感給電容C2充電，加上充電之前已有C2提供過電壓，所以電容兩邊的電壓升高。2.5.2Buck降壓電路分析Buck降壓電路是DC-DC電路的一種轉(zhuǎn)換器。通過震蕩電路將直流電壓轉(zhuǎn)換成高頻電源，通過脈沖變壓器、整流濾波回路輸出需要的直流電壓。如圖2-7所示。圖2-7Buck降壓電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Buck電路工作原理：開關(guān)管Q1驅(qū)動(dòng)為高電平時(shí)，開關(guān)管導(dǎo)通，儲(chǔ)能電感L1被充磁，流經(jīng)電感電流的線性增加，給電容C1充電，給負(fù)載R1提供能量。等效電路如圖2-8圖2-8Buck電路工作原理開關(guān)管Q1驅(qū)動(dòng)為低電平時(shí)，開關(guān)管關(guān)閉，儲(chǔ)能電感L1通過二極管放電，電感電流的線性減少，輸出電壓靠輸出濾波電容放電減少電感電流維持，等效電路如圖2-9圖2-9Buck電路工作原理2.5.3Buck-BOOST電路的分析Buck-Boost變換器，是單管直流變換器的一種，其輸出電壓可低于輸入電壓，也可以高于輸入電壓。這種主電路與Buck或Boost變換器，使用的組件大部分是相同的，也由開關(guān)管、二極管、電感和電容幾部分組成[15]。Buck-Boost變換器有兩種運(yùn)作的形式:連續(xù)電感器電流和間歇性電感器電流。當(dāng)電感電流連續(xù)時(shí)，波形會(huì)變得比較復(fù)雜[17]。電感電流連續(xù)工作時(shí)，有兩種工作模式，根據(jù)不同開關(guān)的導(dǎo)通模式，所涉及到的電路也是不同的形式，下圖2-6是升降壓電路的整體原理圖。圖2-10降壓電路整體原理圖2.5.4Buck-BOOST主拓電路的分析Buck-Boost變換器，是單管直流變換器的一種，其輸出電壓可低于輸入電壓，也可以高于輸入電壓。這種主電路與Buck或Boost變換器，使用的組件大部分是相同的也由開關(guān)管、二極管、電感和電容幾部分組成[16]。Buck-Boost變換器有兩種運(yùn)作的形式連續(xù)電感器電流和間歇性電感器電流。電感電流連續(xù)工作室時(shí)，有兩種工作模式[18]。圖2-11感電流連續(xù)工作波形圖2-12同開關(guān)閉合狀態(tài)下的電路圖2.5.5電感電流連續(xù)工作原理和基本關(guān)系電感電流連續(xù)工作時(shí)，Buck/Boost變換器工作模態(tài)，有開關(guān)管S1導(dǎo)通和開關(guān)管S1關(guān)斷兩種[17]。在開關(guān)模態(tài)1[0~]:t=0時(shí)，S1導(dǎo)通，電源電壓加載電感上，電感電流線性增長(zhǎng)，二極管D戒指，負(fù)載電流由電容提供: t=時(shí)，電感電流增加到最大值，S1關(guān)斷。在S1導(dǎo)通期間電感電流增加量在開關(guān)模態(tài)2[

~

T]:

穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，S1導(dǎo)通期間的增長(zhǎng)量應(yīng)等于S1關(guān)斷期間的減小量，或作用在電感上電壓的伏秒面積為零，有:（2-5）（2-5）由(2-5)式，若=0.5，則=；若<0.5，則<；反之，>05，>。設(shè)變換器沒有損耗，則輸入電流平均值和輸出電流平均值之比為（2-6）（2-6）開關(guān)管S1截止時(shí)，加于集電極和發(fā)射極間電壓為輸入電壓和輸出電壓之和，這也是二極管D截止時(shí)所承受的電壓（2-7）（2-7）由圖a可見，電感電流平均值等于S1和D導(dǎo)通期間流過的電流平均值和之和，即：（2-9）（2-8）（2-9）（2-8）開關(guān)管S1和二極管D電流的最大值、等于電感電流最大值[18]。（2-10）（2-10）S1導(dǎo)通期間，電容電壓的變化量即輸出電壓脈動(dòng)由S1導(dǎo)通期間放電量=計(jì)算，因=，故：（2-11）（2-11）Boost電路控制方法：負(fù)反饋。2.Buck電路控制方法：正反饋+負(fù)反饋。3.振蕩頻率計(jì)算公式：4.反饋深度:TL431是一種并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路。三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源、可編程輸出電壓：2.5V~36V、電壓參考誤差：±0。4%，典型值@25℃(TL431B)、低動(dòng)態(tài)輸出阻抗：0.22Ω(典型值)、溫度補(bǔ)償操作全額定工作溫度范圍、負(fù)載電流1。0毫安--100毫安。全溫度范圍內(nèi)溫度特性平坦，典型值為50ppm/℃，最大輸入電壓為37V、最大工作電流150mA、內(nèi)基準(zhǔn)電壓為2.495V(25°C)[19]。5.放大器選用基于Lm358的放大電路，放大倍數(shù)的計(jì)算公式:（2-12）（2-12）2.6本章小結(jié)在設(shè)計(jì)中，對(duì)于硬件的選擇是實(shí)物的第一步，找到合適的硬件，既有利于設(shè)計(jì)的進(jìn)行，又可以減少成本，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)部分，本章主要是針對(duì)不同的硬件比較不同硬件的優(yōu)缺點(diǎn)。

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)可調(diào)節(jié)升降壓的DC變換電路設(shè)計(jì)是利用MS51fb9ae作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最小系統(tǒng)，TM2621B顯示屏構(gòu)成顯示模塊，與按鍵構(gòu)成控制啟動(dòng)模塊，另外還有供電模塊輔助各個(gè)模塊供電，實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的功能，達(dá)到有效控制，因此分為如下部分:升降壓電路模塊；電源輸入、輸出模塊；單片機(jī)模塊；LCD顯示電路；復(fù)位電路；電壓電流采集電路；3.1單片機(jī)原理圖在用單片機(jī)做中央控制器的系統(tǒng)當(dāng)中，需要設(shè)置系統(tǒng)來保證系統(tǒng)能夠同步、正常使用，系統(tǒng)還會(huì)對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)實(shí)行控制，保證系統(tǒng)不同的部分可以同時(shí)進(jìn)行，單片機(jī)系統(tǒng)原理圖如圖3-1所示。圖3-1單電機(jī)系統(tǒng)原理圖3.2電源該系統(tǒng)需要穩(wěn)壓直流電源為其供電，并使用基于LM7805和LM7815的直流穩(wěn)壓電路為單片機(jī)、放大器供電[20]。3.3復(fù)位電路的設(shè)計(jì)為了更方便的對(duì)本次的設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)試，本次設(shè)置了復(fù)位電路，采用手動(dòng)復(fù)位的復(fù)位方式。單片機(jī)的RST引腳為復(fù)位引腳。復(fù)位電路處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，電容器的最初狀態(tài)是不通電，并且它的內(nèi)部電阻非常低。電源處于接通狀態(tài)時(shí)，電源通過電阻器對(duì)電解電容器充電，電容器兩端的電壓會(huì)從0V緩慢變化。因此，復(fù)位觸點(diǎn)從低電位升到高電位，帶動(dòng)了內(nèi)部電路復(fù)位[21]。復(fù)位電路由一個(gè)10K接地電阻、一個(gè)電容器和一個(gè)按鍵組成。當(dāng)按下復(fù)位按鈕時(shí)，將從電容兩端開始放電，并且電容器兩端的電壓再次變?yōu)?V，因此又將執(zhí)行一次復(fù)位。復(fù)位電路產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位連接表達(dá)式消息，然后通過RST觸點(diǎn)將其發(fā)送到單片機(jī)控制器，以完成復(fù)位。其電路原理圖如圖3-2所示。圖3-2系統(tǒng)復(fù)位電路3.4LCD顯示模塊的設(shè)計(jì)TM1621B顯示器是具有128點(diǎn)陣式存儲(chǔ)器映射多功能的一款LCD驅(qū)動(dòng)電路[22]。其中，內(nèi)部CS1621的S/W結(jié)構(gòu)特性，使其成為包括LCD模塊和顯示子系統(tǒng)的點(diǎn)矩陣LCD顯示器。CS1621具有關(guān)閉電源功能。TM1621B液晶顯示屏主要用來顯示電路中的實(shí)時(shí)電壓電流，達(dá)到一個(gè)電壓電流觀測(cè)的目的。如圖3-3所示為L(zhǎng)CD顯示模塊原理圖。圖3-3LCD顯示模塊原理圖

第四章軟件設(shè)計(jì)對(duì)于微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，除了系統(tǒng)的硬件平臺(tái)作為實(shí)現(xiàn)根基搭建外，還需要大量的工作來設(shè)計(jì)應(yīng)用程序，符合每個(gè)功能對(duì)象的實(shí)際需求。因此，軟件設(shè)計(jì)在微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中是至關(guān)重要的[23]。面對(duì)不同功能的模塊，要設(shè)計(jì)不同的程序段，這種設(shè)計(jì)思路比整體編寫要方便，條理更加清晰，不容易出錯(cuò)，而且在執(zhí)行某個(gè)單項(xiàng)的功能時(shí)其他模塊仍然可以運(yùn)行，提高執(zhí)行效率。4.1軟件開發(fā)在硬件平臺(tái)搭建完成之后就要進(jìn)行軟件設(shè)置，本次設(shè)計(jì)的軟件部分主要采用的是KeilC51對(duì)程序進(jìn)行編寫設(shè)計(jì)，使用STC_ISP程序燒制軟件將程序燒錄到單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)。4.1.1KeilC51軟件的介紹KeilC51是美國(guó)keilSoftware公司出品的單片機(jī)語(yǔ)言開發(fā)軟件，包括語(yǔ)言編譯器、連接器等，用C51進(jìn)行單片機(jī)開發(fā)不僅僅功能強(qiáng)大，而且可讀性和可維護(hù)性都很強(qiáng)，比較容易上手學(xué)習(xí)，在keil編程時(shí)，要注意復(fù)位按鈕的使用。4.1.2STC_ISP軟件介紹STC_ISP是一款單片機(jī)下載編程燒錄軟件，是針對(duì)STC系列單片機(jī)而設(shè)計(jì)的，可下載STC89系列，在本次設(shè)計(jì)的程序燒錄方面，使用的是該軟件[24]。

第五章系統(tǒng)調(diào)試5.1硬件調(diào)試硬件布局是硬件調(diào)試關(guān)鍵的一個(gè)步驟，在焊接實(shí)物之前需要對(duì)硬件線路，各個(gè)模塊的放置位置進(jìn)行布局。整理各個(gè)硬件期間，觀察整體效果，保證在實(shí)物操作過程中不能相互影響。在制作出PCB板后，元器件都需個(gè)人焊接完成，因?yàn)楹附拥慕?jīng)驗(yàn)并不足，沒有經(jīng)過實(shí)際的訓(xùn)練，所以造成本次的硬件設(shè)計(jì)制作過程中出現(xiàn)了很多意想不到的情況。例如器件短接引起系統(tǒng)工作不穩(wěn)定或者損壞元器件、虛焊等問題。經(jīng)過查閱相關(guān)的資料，進(jìn)行電流、電壓的檢測(cè)，與經(jīng)驗(yàn)豐富的同學(xué)討論，請(qǐng)教老師等方法，一步一步的解決硬件焊接過程中的問題。在硬件調(diào)試上，出現(xiàn)的問題主要是以下幾種情況:(1)器件焊接完成后的線路，表面上看似沒有短路，實(shí)際卻沒有連接好。為避免這種問題，需要在焊接完每一線路后，用萬(wàn)用表測(cè)試是否導(dǎo)通，同時(shí)避免不必要的線路，因?yàn)榫€路間容易產(chǎn)生信號(hào)干擾。(2)焊接技術(shù)差偶爾會(huì)導(dǎo)致大量的焊錫擠在一起，阻擋了其他線路的走線。處理這種情況，可以用焊錫槍對(duì)準(zhǔn)堆積的焊點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行加熱；或者用電烙鐵融化焊點(diǎn)后，再用焊錫膏把多余的焊錫剔除掉。(3)液晶顯示器顯示出現(xiàn)異常。對(duì)此種情況先檢查液晶的引腳是否連接緊密，接著檢查程序中引腳功能是否設(shè)置正確，判斷是否串口產(chǎn)生沖突之類的情況出現(xiàn)。5.2上電測(cè)試在系統(tǒng)的硬件焊接完成以后要進(jìn)行上電測(cè)試，主要目的是看能不能正常工作，主要包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)測(cè)試、液晶顯示器顯示升降電壓測(cè)試等。在上電檢測(cè)都正常后要進(jìn)行電壓電流的升降查看數(shù)值是否正確等[25]。如果測(cè)試的結(jié)果與預(yù)期結(jié)果不一致需要及時(shí)進(jìn)行檢查，包括硬件焊接，程序設(shè)計(jì)等。5.3軟件調(diào)試軟件調(diào)試主要是對(duì)系統(tǒng)的程序編寫，程序燒錄進(jìn)行一個(gè)調(diào)試與修正的過程，及時(shí)的改正設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的問題。5.3.1程序編寫測(cè)試本次設(shè)計(jì)的程序編寫使用的是keil5軟件，在編程的過程不斷的進(jìn)行編譯、檢查，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)語(yǔ)法錯(cuò)誤進(jìn)行改正。在編譯完成以后生成。hex文件，將此文件導(dǎo)入到單片機(jī)中就可以正常使用。在程序下載的過程中，要先進(jìn)行模塊的程序?qū)耄@樣可以及時(shí)的發(fā)現(xiàn)每個(gè)模塊的問題，及時(shí)的改正，同時(shí)也可以做到在調(diào)試過程中，每個(gè)模塊之間互不影響。在每個(gè)模塊都可以順利運(yùn)行之后，將全部的程序?qū)氲絾纹瑱C(jī)，進(jìn)行最終的功能測(cè)試。5.3.2程序下載在程序下載階段使用到的是stc_isp下載軟件。先將之前下載好的程序放到桌面上，然后將實(shí)物與電腦用下載器連接，選擇電腦連接的端口，然后選擇單片機(jī)的型號(hào)，最后選擇需要下載的程序文件。在這個(gè)過程中如果發(fā)現(xiàn)問題，需要重新檢查連接、端口的選擇是否正確，然后進(jìn)行新一次的下載。5.4硬件軟件調(diào)試硬件軟件調(diào)試指的是，在程序燒錄到系統(tǒng)之后，對(duì)可以實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行一個(gè)整體上的測(cè)試，這樣才能夠更好的進(jìn)行設(shè)計(jì)，功能才更夠完成的實(shí)現(xiàn)。通過系統(tǒng)硬件軟件調(diào)試，發(fā)現(xiàn)在以下問題:(1)在尋跡過程中紅外感應(yīng)黑色線的時(shí)候，出現(xiàn)數(shù)據(jù)有延遲的情況，檢測(cè)不靈敏的問題。通過設(shè)計(jì)的程序獲得電路自身的時(shí)延，不斷逐步的調(diào)試進(jìn)行時(shí)間補(bǔ)償，使得程序進(jìn)入等待狀態(tài)時(shí)，通過軟件補(bǔ)償硬件自身的延遲問題。(2)在避障功能調(diào)試中，出現(xiàn)了安全距離設(shè)定的數(shù)據(jù)成功保存，但讀取時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤的情況。通過添加檢測(cè)程序，判斷保存的數(shù)據(jù)量是否過多，如果數(shù)據(jù)量太大，需要進(jìn)行部分覆蓋或者分解保存。(3)在尋光模塊中，系統(tǒng)檢測(cè)到強(qiáng)光的時(shí)候會(huì)影響循跡過程的實(shí)現(xiàn)。因?yàn)樵谡麄€(gè)路線的設(shè)計(jì)中，首先要進(jìn)行循跡的設(shè)計(jì)，其次才是轉(zhuǎn)彎、避障。尋光自動(dòng)泊車在最后一步實(shí)現(xiàn)，所以在循跡階段需要注意不要使用強(qiáng)光照射，避免影響的正常使用。5.5實(shí)物檢查本小節(jié)是對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)物的檢查，首先檢查實(shí)物的設(shè)計(jì)，液晶顯示屏是否能夠正常上電顯示電壓和電流情況，是否能夠正常的完成升降壓變換。在完成自動(dòng)駕駛的軟件調(diào)試和硬件調(diào)試以及實(shí)物檢查之后，就可以進(jìn)行上電，對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行檢查、展示，并且在焊接過程中盡量保證實(shí)物的美觀以及布局的合理。5.6本章小結(jié)本章是整個(gè)設(shè)計(jì)的最后部分，通過前邊幾章的研究、測(cè)試、調(diào)整、焊接等步驟，實(shí)物已經(jīng)設(shè)計(jì)、焊接完成，程序也已經(jīng)燒錄到程序當(dāng)中，并且進(jìn)行了軟件、硬件的調(diào)試均沒有問題，經(jīng)過本章之后本設(shè)計(jì)也已經(jīng)完成。

結(jié)論本次論文的設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)了兩輪驅(qū)動(dòng)自動(dòng)駕駛的設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)的功能與現(xiàn)有的可調(diào)升降壓的DC/DC變換電路類似。用單片機(jī)對(duì)電路的整體功能進(jìn)行控制，分為輸入模塊、升降壓芯片模塊、濾波穩(wěn)壓模塊、電位調(diào)節(jié)模塊和電壓顯示模塊。在整個(gè)設(shè)計(jì)中，不斷的進(jìn)行硬件、軟件的調(diào)試，基本實(shí)現(xiàn)了任務(wù)上的要求，在本次自動(dòng)駕駛的設(shè)計(jì)中，主要完成的工作如下:可調(diào)升降壓的DC/DC變換電路的整體方案構(gòu)建；系統(tǒng)電路圖、各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)；系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)；系統(tǒng)硬件和軟件的調(diào)試。分為輸入模塊、升降壓芯片模塊、濾波穩(wěn)壓模塊、電位調(diào)節(jié)模塊和電壓顯示模塊。在本次設(shè)計(jì)中，基本上實(shí)現(xiàn)了可調(diào)升降壓的DC/DC變換，但是在整體的設(shè)計(jì)上還有一些問題需要解決，功能需要不斷的完善，本次設(shè)計(jì)因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)上能力有限，在功能的實(shí)現(xiàn)還有一些不完善，需要后期進(jìn)行修改、改進(jìn)。在完成本次的設(shè)計(jì)之后，對(duì)可調(diào)升降壓的DC/DC變換有了一個(gè)更加深入的理解，也對(duì)自己的專業(yè)課有了一個(gè)更加深刻的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，因?yàn)椴殚嗁Y料，也明白了自己雖然在設(shè)計(jì)過程中不斷優(yōu)化、尋找合適的器件和方案，但是因?yàn)槟芰椭R(shí)儲(chǔ)備有限，所以在性能方面還存在一定的問題。在實(shí)物的設(shè)計(jì)和論文撰寫過程中，因?yàn)槿鄙賹?shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，在現(xiàn)有水平上盡最大努力完成本次的設(shè)計(jì)。經(jīng)過這次設(shè)計(jì)，復(fù)習(xí)鞏固了以前的知識(shí)，新學(xué)習(xí)了一些以前沒有涉及到了知識(shí)，并且培養(yǎng)了動(dòng)手能力，提高了綜合能力，學(xué)會(huì)了遇到問題時(shí)要嘗試用多種方法進(jìn)行處理，養(yǎng)成善于思考研究的習(xí)慣。

參考文獻(xiàn)[1]薛林，姚國(guó)興.基于雙向DC—DC變換器的光伏發(fā)電系統(tǒng)[J].電氣傳動(dòng)，2010(11):29-32.[2]任娟，杜堅(jiān)，王秀娟等.二象限D(zhuǎn)C-DC變換器光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].通信技術(shù)，2012(11):93-95.[3]童亦斌，吳峂，金新民，等.雙向DC／DC變換器的拓?fù)溲芯縖J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2017(13):81-86.[4]張方華，朱成花，嚴(yán)仰光.雙向DC-DC變換器的控制模型[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2015(11):46-49.[5]張波，曲穎.BUCKDC／DC變換器分岔和混沌的精確離散模型及實(shí)驗(yàn)研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013(12):99-103.[6]劉樹林，劉健，寇蕾，等.BuckDC／DC變換器的輸出紋波電壓分析及其應(yīng)用[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2007(2):91-97.[7]羅曉曙，汪秉宏，陳關(guān)榮，等.DC—DCbuck變換器的分岔行為及混沌控制研究[J].物理學(xué)報(bào)，2013(1):12-17.[8]王聰，沙廣林，王俊，等.基于雙重移相控制的雙有源橋DC-DC變換器的軟開關(guān)[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2015(12):106-113.[9]趙成勇，李路遙，翟曉